न्यूट्रिनो गली में तिजोरी में डार्क मैटर का शिकार

यह दृष्टांत एक काले पदार्थ के कण का प्रतिनिधित्व करता है। ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने न्यूट्रिनो गली में न्यूट्रिनो डिटेक्टरों का उपयोग करके इन मायावी कणों की निगरानी करने का प्रयास किया है।

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने अपने न्यूट्रिनो डिटेक्टरों की संवेदनशीलता का उपयोग करते हुए चमकदार रोशनी वाले बेसमेंट कॉरिडोर में डार्क मैटर का निरीक्षण करने का प्रयास किया। न्यूट्रिनो एली, जहां टीम काम कर रही है, स्पैलेशन न्यूट्रॉन स्रोत के नीचे स्थित है, जो एक शक्तिशाली कण त्वरक है। वर्षों की सैद्धांतिक संगणना के बाद, COHERENT टीम डार्क मैटर का निरीक्षण करने के लिए निकल पड़ी, जिसके बारे में माना जाता है कि यह ब्रह्मांड के द्रव्यमान का 85% तक है। प्रयोग ने टीम को डार्क मैटर के लिए वैश्विक खोज को एक नए तरीके से व्यापक बनाने की अनुमति दी, और वे डार्क मैटर कणों को पकड़ने की अपनी संभावनाओं को बेहतर बनाने के लिए एक बड़ा, अधिक संवेदनशील डिटेक्टर प्राप्त करने की योजना बना रहे हैं।

कुछ चीजें रहस्य की एक ही आभा को डार्क मैटर के रूप में ले जाती हैं। ब्रह्मांड की छाया में छिपे कुछ का सुझाव देते हुए, नाम ही गोपनीयता को विकीर्ण करता है।

वैज्ञानिकों की एक सहयोगी टीम को बुलाया सुसंगतकला और विज्ञान के भौतिकी के प्रतिष्ठित प्रोफेसर केट शुल्बर्ग, भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर फिलिप बारब्यू और पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता डैनियल बर्ची सहित, ने डार्क मैटर को ब्रह्मांड की छाया से कम ग्लैमरस गंतव्य पर लाने की कोशिश की है: एक चमकदार रोशनी , तंग तहखाना दालान।

हालांकि कोई साधारण तहखाना नहीं है। ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के उपनाम न्यूट्रिनो एले के एक क्षेत्र में काम करते हुए, टीम आमतौर पर न्यूट्रिनो नामक उप-परमाणु कणों पर ध्यान केंद्रित करती है। वे तब उत्पन्न होते हैं जब तारे मर जाते हैं और सुपरनोवा बन जाते हैं, या कण त्वरक में टकराने वाले प्रोटॉन के उपोत्पाद के रूप में पृथ्वी के करीब के स्तर पर।

डार्क मैटर, अदृश्य पदार्थ जो ब्रह्मांड के 85% पदार्थ का निर्माण करता है, आकाशगंगाओं के बीच बहुत दूर छिपा नहीं है। वैज्ञानिकों की एक टीम उसे सदमें से बाहर निकालने की कोशिश कर रही है। श्रेय: एक्स-रे: NASA/CXO/फैबियन एट अल। ; रेडियो: गेंड्रोन-मार्सोलिस एट अल। ; एनआरएओ/एयूआई/एनएसएफ ऑप्टिकल: नासा, एसडीएसएस

संयोग से नहीं, न्यूट्रिनो एली दुनिया के सबसे शक्तिशाली कण त्वरक, ओक रिज के सीधे नीचे स्थित है। स्पैलेशन न्यूट्रॉन स्रोत (एसएनएस). न्यूट्रिनो एले में विशेष रूप से न्यूट्रिनो की निगरानी के लिए डिज़ाइन किए गए डिटेक्टरों का एक संग्रह है, क्योंकि वे न्यूट्रिनो से गुजरते हैं और उनसे टकराते हैं।

हालांकि, न्यूट्रिनो एसएनएस प्रक्रियाओं का एकमात्र उप-उत्पाद नहीं हैं। डार्क मैटर (खलनायक के पसंदीदा एंटीमैटर के साथ भ्रमित नहीं होना) भी तब उत्पन्न होता है जब कण त्वरक एक साथ प्रोटॉन को तोड़ते हैं। वर्षों की सैद्धांतिक संगणना के बाद, COHERENT टीम ने न्यूट्रिनो एली में डार्क मैटर की निगरानी के लिए SNS की शक्ति और उनके न्यूट्रिनो डिटेक्टरों की संवेदनशीलता का उपयोग करने के लिए निर्धारित किया।

“और हमने वह नहीं देखा,” शुलबर्ग कहते हैं। “बेशक, अगर हमने इसे देखा होता, तो यह अधिक रोमांचक होता, लेकिन इसे न देखना वास्तव में एक बड़ी समस्या है।”

उसने समझाया कि तथ्य यह है कि उसके न्यूट्रिनो डिटेक्टरों द्वारा डार्क मैटर का पता नहीं लगाया गया है, जिससे उसे डार्क मैटर जैसा दिखता है, उसके सैद्धांतिक मॉडल में सुधार करने की अनुमति मिलती है।

“हम जानते हैं कि अगर डार्क मैटर में कुछ गुण होते हैं तो डार्क मैटर डिटेक्टर कैसे प्रतिक्रिया देगा, इसलिए हम उस विशिष्ट हस्ताक्षर की तलाश कर रहे थे।”

केट शुलबर्ग, सह-लेखक ग्रेसन रिच और फिलिप बारब्यू। साभार: लॉन्ग ली/ड्यूक यूनिवर्सिटी

विचाराधीन फिंगरप्रिंट वह तरीका है जिस तरह से न्यूट्रिनो डिटेक्टर में परमाणुओं के नाभिक उछलते हैं जब वे न्यूट्रिनो, या इस मामले में, एक डार्क मैटर कण से टकराते हैं।

“यह बर्फ के टुकड़े पर बॉलिंग बॉल पर प्रोजेक्टाइल फेंकने जैसा है,” बर्ची ने कहा। बॉलिंग बॉल्स, उनकी सादृश्यता में, न्यूट्रिनो डिटेक्टर में परमाणु हैं – जो इस प्रयोग में 14.6 किलोग्राम सीज़ियम आयोडाइड क्रिस्टल था। “आप स्लिंग और आपके द्वारा फेंके जाने वाले बल के बारे में बहुत कुछ बता सकते हैं कि बॉलिंग बॉल संपर्क में कितनी ऊंची उछलती है।”

जब डार्क मैटर की बात आती है, तो कोई भी जानकारी अच्छी जानकारी होती है। यह वास्तव में क्या है कोई नहीं जानता। लगभग 100 साल पहले, भौतिकविदों ने महसूस किया कि ब्रह्मांड उस तरह से व्यवहार नहीं कर सकता जैसा उसने किया था यदि इसमें निहित सभी चीजें हम देख सकते हैं।

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में न्यूट्रिनो रिसर्च ग्रुप के प्रमुख और अध्ययन के सह-लेखक जेसन न्यूबी ने कहा, “हम काले पदार्थ के समुद्र में तैर रहे हैं।” भौतिकविदों की आम सहमति यह है कि डार्क मैटर ब्रह्मांड के द्रव्यमान का 85% हिस्सा बनाता है। यह ब्रह्मांड के व्यवहार की व्याख्या करने के लिए गुरुत्वाकर्षण के अधीन होना चाहिए, लेकिन यह किसी भी प्रकार की प्रकाश या विद्युत चुम्बकीय तरंगों से संपर्क नहीं करता है, और अंधेरा दिखाई देता है।

जेसन न्यूबी और सह-लेखक यूरी एफ़्रेमेंको न्यूट्रिनो एले में डार्क मैटर की खोज के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला बहुत छोटा 14.6 किलोग्राम सीज़ियम आयोडाइड न्यूट्रिनो डिटेक्टर ले जाते हैं। श्रेय: जेनेवीव मार्टिन/ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी, अमेरिकी ऊर्जा विभाग

बिर्ची ने कहा, “हमने बड़ी आकाशगंगाओं को देखकर यह सीखा है जो एक-दूसरे की कक्षा में हैं, और हमने देखा कि वे जितनी तेजी से घूमते हैं, उससे कहीं अधिक तेजी से घूमते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास अधिक द्रव्यमान है।” “तो हम जानते हैं कि वहाँ अतिरिक्त चीजें हैं, हमें बस यह जानने की जरूरत है कि उन्हें कहां देखना है।”

“भले ही अधिकांश समय हमें परिणाम नहीं मिलते हैं, यह वास्तव में महत्वपूर्ण है कि आप हर जगह देखें और फिर आप पूरी तरह से संभावनाओं को खारिज कर सकते हैं और ‘दीवार पर स्पेगेटी’ का उपयोग करने के बजाय रणनीति के साथ एक नए क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं।” दृष्टिकोण,” न्यूबी ने कहा।

डेनियल बर्ची। साभार: ड्यूक यूनिवर्सिटी

शुलबर्ग ने कहा, “हम ऐसे किसी भी मॉडल तक अपनी पहुंच बढ़ा रहे हैं जो डार्क मैटर के लिए मौजूद हो सकता है, और यह बहुत शक्तिशाली है।”

और उपलब्धि यहीं नहीं रुकती, वह नोट करती है: प्रयोग ने टीम को डार्क मैटर की वैश्विक खोज को एक नए तरीके से व्यापक बनाने की अनुमति दी।

बर्ची ने कहा, “विशिष्ट पहचान तकनीक भूमिगत जाना है, एक बहुत ही संवेदनशील डिटेक्टर का निर्माण करना है, और काले पदार्थ के कणों के गुजरने की प्रतीक्षा करना है।”

समस्या? हो सकता है कि डार्क मैटर के कण हवा में चुपचाप यात्रा कर रहे हों। यदि यह बहुत हल्का भी है, तो यह पता लगाने योग्य फिंगरप्रिंट बनाने के लिए पर्याप्त शक्ति के साथ डिटेक्टर तक नहीं पहुंच सकता है।

COHERENT टीम का प्रायोगिक सेटअप इस समस्या का समाधान करता है।

“जब आप त्वरक में जाते हैं, तो आप उन कणों को उच्च ऊर्जा पर उत्पन्न करते हैं,” बर्ची ने कहा। इससे उन्हें बहुत कुछ मिलता है गुरुत्वाकर्षण कोर को हिट करने और डार्क मैटर सिग्नल दिखाने के लिए। “

तो अब क्या? यह ड्रॉइंग बोर्ड में काफी वापस नहीं आया है। न्यूट्रिनो एले वर्तमान में एक बड़ा, अधिक संवेदनशील डिटेक्टर प्राप्त करने की तैयारी कर रहा है, जो COHERENT के परिष्कृत खोज मानदंडों के साथ मिलकर इन शैतानी कणों में से एक को पकड़ने की संभावना में काफी सुधार करेगा।

बिर्ची ने कहा, “हम उस दहलीज पर हैं जहां डार्क मैटर होना चाहिए।”

संदर्भ: डी. अकिमोव एट अल द्वारा “एसएनएस में COHERENT CsI डिटेक्टर का उपयोग करते हुए ब्रह्मांड संबंधी भविष्यवाणियों से परे पहली सब-GeV डार्क मैटर जांच”। 3 फरवरी, 2023 भौतिक समीक्षा पत्र.
डीओआई: 10.1103/फिजरेवलेट.130.051803